Uvod
Bijeli taljeni aluminij (WFA)je industrijski materijal od taljenog aluminijevog oksida proizveden električno-lučnom fuzijom kalciniranog aluminijevog oksida. Koristi se u odabranim abrazivnim i vatrostalnim primjenama gdje svojstva poput kemijskog sastava, tvrdoće, karakteristika čestica i ponašanja pri visokim temperaturama mogu biti relevantna.
Evaluacija WFA može se odvijati na dvije različite razine:
1. Karakterizacija samog WFA zrna ili praha
2. Ispitivanje abrazivnog alata ili vatrostalne formulacije koja sadrži WFA
Ovo nisu međusobno zamjenjive mjere WFA kvalitete. Karakterizacija materijala opisuje isporučeno zrno ili prah, dok testiranje na razini primjene ocjenjuje ponašanje kompletnog abrazivnog ili vatrostalnog sustava pod definiranim uvjetima.
Karakterizacija materijala u odnosu na testiranje na razini primjene
Karakterizacija na razini materijala pokriva svojstva i specifikacije izmjerene na WFA zrnu ili prahu. Ovisno o stupnju proizvoda i namjeni, oni mogu uključivati veličinu čestica ili oznaku granulacije, kemijski sastav, nasipnu gustoću, morfologiju čestica i tvrdoću kao referentnu karakteristiku materijala.
Testiranje na razini primjene ocjenjuje proizvod ili formulaciju koja sadrži WFA. Primjeri uključuju omjer mljevenja i hrapavost površine izratka za abrazivne sustave i vatrostalnost pod opterećenjem (RUL) ili ispitivanje korozije za vatrostalna tijela. Ovi rezultati ovise o cijelom alatu ili formulaciji vatrostalnog materijala, postupku ispitivanja i radnom predmetu ili radnom okruženju, a ne samo o WFA zrnu.
Analiza veličine čestica i klasifikacija zrna
Veličina čestica važan je parametar WFA specifikacije. Njegovo značenje ovisi o namjeravanoj abrazivnoj ili vatrostalnoj primjeni, dizajnu proizvoda i uvjetima obrade. Nema samcadistribucija veličine česticaje optimalan za svaku primjenu.
Ocjenjivanje na temelju sita
Za odgovarajuće grublje stupnjeve abrazivnih zrna, klasiranje temeljeno na situ standardni je pristup. Reprezentativni uzorak prolazi kroz niz sita s definiranim otvorima, a masa zadržana na relevantnim sitima koristi se za procjenu raspodjele veličine zrna.
Različiti rasponi veličine čestica i sustavi ocjenjivanja abraziva mogu koristiti različite postupke mjerenja ili klasifikacije. Oznake mreže, izmjerene vrijednosti veličine čestica i oznake abrazivnog zrna opisuju srodne, ali različite karakteristike i ne treba ih smatrati izravnim ekvivalentima.
Za vezana abrazivna zrna, ISO 8486-1 pokriva makrozrnatost od F4 do F220, dok ISO 8486-2 pokriva mikrozrnatost od F230 do F2000 unutar opsega definiranih tim standardima.
Laserska difrakcija za fine prahove
Laserska difrakcija može se koristiti za karakterizaciju finijih WFA prahova. U ovoj metodi, raspršene čestice stupaju u interakciju s laserskom zrakom, a dobiveni uzorak raspršenja svjetlosti koristi se za izračunavanje raspodjele veličine čestica putem optičkog modela.
Prijavljena veličina temelji se na prikazu ekvivalentne sfere, a ne na izravnom mjerenju trodimenzionalne geometrije svake nepravilne čestice. Rezultati stoga mogu ovisiti o pripremi uzorka, uvjetima disperzije, aglomeraciji, optičkim postavkama i postupku mjerenja.
ISO 13320:2020 daje opći okvir za analizu veličine čestica laserskom difrakcijom. To je standard za mjernu metodu i sam po sebi ne definira WFA stupnjeve granulacije abraziva.
Zašto metode veličine čestica nisu međusobno zamjenjive
Ocjenjivanje temeljeno na situ i laserska difrakcija rade prema različitim mjernim principima i njihovi se rezultati ne bi trebali smatrati izravno zamjenjivima.
Na primjer, D50 dobiven laserskom difrakcijom je statistički parametar unutar izmjerene raspodjele veličine čestica. Nije automatski ekvivalent F-zrnatosti, P-zrnatosti ili drugoj oznaci stupnja abraziva.
Podatke o veličini čestica stoga treba tumačiti zajedno s metodom ispitivanja, prijavljenim parametrom, sustavom ocjenjivanja i primjenjivom specifikacijom proizvoda.
Nasipna gustoća
Nasipna gustoća je masa količine abrazivnog zrna podijeljena s volumenom koji ono zauzima pod određenim uvjetima ispitivanja. Budući da rezultat ovisi o načinu na koji se materijal unosi u mjernu posudu, treba navesti primjenjivi postupak kada se uspoređuju vrijednosti nasipne gustoće.
Nasipna gustoća razlikuje se od gustoće koja se izvlači i od mjerenja gustoće materijala kao što je skeletna ili stvarna gustoća.
Za abrazivna zrna, ISO 9136-1:2004 specificira metodu ispitivanja nasipne gustoće za makrozrna, dok se ISO 9136-2:1999 bavi mikrozrncima. Njihova uporaba treba slijediti opseg materijala i raspona veličina definiranih u odgovarajućim standardima.
Veća vrijednost nasipne gustoće ne bi se trebala automatski tumačiti kao bolji materijal ili performanse primjene. Na rezultat može utjecati raspodjela veličine čestica, morfologija i navedeni postupak mjerenja.
Morfologija čestica
Morfologija čestica, uključujući oblik zrna i karakteristike površine, također se mogu procijeniti gdje je relevantno.
Morfologija može utjecati na raspodjelu veličine čestica i druge varijable materijala kako bi utjecala na rukovanje prahom, ponašanje pakiranja i ponašanje abraziva u kontaktu. Stoga ga treba razmatrati zajedno s drugim karakteristikama ocjene, a ne koristiti ga kao samostalan pokazatelj uspješnosti.
Kemijski sastav i profili oksida
Kemijski sastav je važno područje specifikacije razreda WFA. WFA se pretežno sastoji od aluminijevog oksida (Al2O3), dok koncentracije sekundarnih sastojaka variraju ovisno o stupnju proizvoda i specifikaciji.
Ovisno o stupnju, prijavljeni kemijski sastav može uključivati parametre kao što su Na2O, SiO2, Fe2O3 i TiO2. Ovi primjeri nisu iscrpni, a relevantna ograničenja sastava ovise o primjenjivoj specifikaciji proizvoda.
X-zraka fluorescencija (XRF) obično se koristi za elementarnu analizu, s analitičkim rezultatima koji se često navode kao koncentracije ekvivalenta oksida. Vlažne kemijske metode također se mogu koristiti za odabrane analite korištenjem pripreme uzorka i analitičkih postupaka koji odgovaraju materijalu i ciljnoj komponenti.
Kemijski sastav treba procijeniti u odnosu na zahtjeve specificirane WFA kvalitete i predviđene primjene. Veća vrijednost Al2O3 sama po sebi ne osigurava vrhunske abrazivne ili vatrostalne performanse.
Tvrdoća kao karakteristika materijala
Tvrdoćaje karakteristika WFA povezana s njegovom strukturom korunda ili alfa-aluminijevog oksida. Može se koristiti kao svojstvo referentnog materijala, ali nije nužno rutinsko ispitivanje specifično za seriju za svaku komercijalnu WFA ocjenu.
Korundu se obično pripisuje tvrdoća od približno 9 na Mohsovoj ljestvici. Mohsova ljestvica je ordinalna, a ne linearna, pa se numeričke razlike između susjednih razina ne bi trebale tumačiti kao jednake kvantitativne razlike u tvrdoći.
Tvrdoća udubljenja po Vickersu također se može mjeriti, ali to nije izravno ispitivanje rasutim prahom i zahtijeva prikladno pripremljen uzorak, kao što je montirano i polirano zrno ili pripremljena površina materijala. Prijavljene vrijednosti ovise o čimbenicima kao što su priprema uzorka i uvjeti ispitivanja.
Ispitivanje abraziva na razini primjene
Omjer mljevenja
Omjer mljevenja, koji se obično naziva G-omjer, jedan je od pokazatelja koji se koristi za procjenu ponašanja brusne ploče pod definiranim uvjetima. Obično se izražava kao volumen uklonjenog materijala obratka u odnosu na volumen trošenja brusne ploče.
G-omjer nije intrinzično svojstvo WFA zrna. Ovisi o kompletnoj specifikaciji kotača, materijalu obratka, radnim parametrima, uvjetima rashladnog sredstva, praksi obrade i drugim varijablama procesa.
Veći G-omjer ukazuje na više uklonjenog materijala obratka u odnosu na trošenje kotača pod uvjetima tog određenog ispitivanja. Treba ga tumačiti zajedno s potrebnim ponašanjem pri uklanjanju materijala, stanjem površine i zahtjevima procesa, a ne tretirati ga kao univerzalnu mjeru kvalitete abraziva.
Hrapavost površine
Hrapavost površine još je jedan izlaz na razini primjene koji se može mjeriti nakon brušenja ili završne obrade. Može se koristiti kontaktna ili optička profilometrija, a parametri kao što je Ra mogu se izvijestiti gdje je to prikladno.
Na hrapavost površine utječu abrazivni alat, izradak, specifikacija granulacije, parametri procesa i metoda mjerenja. Niža vrijednost hrapavosti nije inherentno poželjna u svakoj primjeni; kriteriji prihvatljivosti ovise o traženom stanju površine i cilju proizvodnje.
Ispitivanje vatrostalnosti na razini primjene
Vatrostalnost pod opterećenjem
Vatrostalnost pod opterećenjem (RUL) ocjenjuje deformacijsko ponašanje oblikovanog vatrostalnog proizvoda pod određenim tlačnim opterećenjem kako temperatura raste.
Prema definiranom postupku ispitivanja mjere se promjene dimenzija u vatrostalnom uzorku kao funkcija temperature. ISO 1893:2007 utvrđuje diferencijalnu metodu za određivanje vatrostalnosti pod opterećenjem oblikovanih vatrostalnih proizvoda pri progresivnom rastućoj temperaturi.
RUL je stoga svojstvo vatrostalnog tijela, a ne rutinski test rastresitog WFA zrna. Rezultati ovise o kompletnoj vatrostalnoj formulaciji, poroznosti, fazi i sustavu veziva, povijesti obrade i uvjetima ispitivanja.
Ispitivanje otpornosti na kemikalije i trosku
Kemijsko ispitivanje ili ispitivanje korozije troskom procjenjuje interakciju između gotove vatrostalne formulacije i određenog korozivnog medija pod definiranim uvjetima izlaganja.
Rezultati mogu ovisiti o vatrostalnom sastavu, poroznosti, distribuciji faza, kemiji korozivnog medija, temperaturi, atmosferi, trajanju izloženosti i postupku ispitivanja. Takvi rezultati karakteriziraju vatrostalni sustav i ne bi se trebali pripisati samo sadržaju WFA.
Što bi kupci trebali provjeriti na TDS-u ili COA-u
Za potrebe nabave i specifikacije, informacije relevantne za WFA proizvod ovise o njegovoj klasi i namjeni.
Korisna dokumentacija i podaci mogu uključivati:
- WFA stupanj i oblik proizvoda
- Kemijski sastav
- Oznaka granulacije ili veličine čestica
- Granulometarski sastav i metode mjerenja
- Primjenjivi standard ocjenjivanja abraziva
- Nasipna gustoća gdje je relevantno
- Morfologija čestica gdje je relevantno
- Podaci o ispitivanju specifični za aplikaciju gdje su potrebni
- Tehnički list (TDS)
- Certifikat analize (COA)
- Sigurnosno-tehnički list (SDS)
TDS općenito pruža tipične ili nominalne tehničke informacije o proizvodu, dok COA izvješćuje o određenim analitičkim ili inspekcijskim rezultatima za određenu seriju ili lot. STL pruža informacije o sigurnosti i priopćavanju opasnosti.
Nije svaki parametar ili dokument potreban za svaki WFA proizvod. Kriteriji prihvatljivosti trebali bi se temeljiti na primjenjivoj specifikaciji razreda, dogovorenim zahtjevima kupaca i namjeravanoj primjeni.
Zašto je usporedivost ispitnih metoda važna
Svrsishodna usporedba ispitnih vrijednosti zahtijeva dovoljno usporedive metode mjerenja i ispitne uvjete.
Na primjer:
- Ocjenjivanje temeljeno na situ i mjerenje veličine čestica laserskom difrakcijom nisu izravno zamjenjivi.
- Vrijednosti nasipne gustoće trebaju se usporediti korištenjem kompatibilnih postupaka.
- Rezultati tvrdoće ovise o metodi utvrđivanja tvrdoće i pripremi uzorka.
- G-omjer ovisi o brusnoj ploči, obratku i uvjetima rada.
- RUL rezultati se odnose na ispitano vatrostalno tijelo i definirani postupak ispitivanja.
Numerička vrijednost bez metode mjerenja ili konteksta ispitivanja stoga može pružiti nepotpunu osnovu za usporedbu WFA ocjena ili sustava koji sadrže WFA.
Zaključak
Bijeli taljeni aluminijev oksid može se ocijeniti i na razini materijala i na razini primjene. Specifikacija veličine čestica ili zrna, kemijski sastav, nasipna gustoća, morfologija i karakteristike referentne tvrdoće opisuju sam WFA zrno ili prah.
Omjer brušenja, hrapavost površine izratka, vatrostalnost pod opterećenjem i otpornost na trosku ili koroziju umjesto toga opisuju ponašanje abrazivnih alata ili vatrostalnih sustava koji sadrže WFA pod određenim uvjetima.
Za smislenu usporedbu, kupci i inženjeri trebali bi procijeniti rezultate ispitivanja zajedno s relevantnom metodom, standardom ocjenjivanja, specifikacijom proizvoda i zahtjevima za primjenu, umjesto da se oslanjaju na izolirane numeričke vrijednosti.
Reference
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 8486-1:1996. Vezani abrazivi - Određivanje i označavanje raspodjele veličine zrna - 1. dio: Makrozrnatost F4 do F220.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 8486-2:2007. Vezani abrazivi - Određivanje i označavanje raspodjele veličine zrna - Dio 2: Mikrozrnatost F230 do F2000.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 13320:2020. Analiza veličine čestica - Metode laserske difrakcije.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 9136-1:2004. Abrazivna zrna - Određivanje nasipne gustoće - 1. dio: Makrozrna.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 9136-2:1999. Abrazivna zrna - Određivanje nasipne gustoće - 2. dio: Mikrozrna.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 1893:2007. Vatrostalni proizvodi - Određivanje vatrostalnosti pod opterećenjem - Diferencijalna metoda s porastom temperature.
- Malkin, S. i Guo, C. (2008). Tehnologija brušenja: teorija i primjena strojne obrade abrazivima. 2. izd. Industrijski tisak.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. i Aneziris, CG (2017.). Vatrostalni materijali koji sadrže taljene i sinterirane agregate aluminijevog oksida: Istraživanja obrade, raspodjele veličine čestica i morfologije čestica. Ceramics International, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.